2021 Fiscal Year Annual Research Report
炭酸カルシウムのリン酸液処理による複合無機粒子の作製と骨形成刺激効果の創出
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20H00304
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
春日 敏宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30233729)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小幡 亜希子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40402656)
平田 仁 名古屋大学, 予防早期医療創成センター(医), 教授 (80173243)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 複合無機粒子 / 炭酸カルシウム / 非晶質相 / ガラス / リン酸処理 / 骨形成 / 綿形状人工骨 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、①Ｂ,Srを含有する新奇の炭酸-リン酸カルシウム複合無機粒子を作製すること、②Ｂ,Srイオンの免疫細胞への働きかけと間葉系幹細胞MSCへの影響を調べること、③細胞の活動しやすい形状とした複合材料繊維を作製する方法を見いだすことを目標とした。
①Ｂを含有する炭酸カルシウムを合成するため、ホウ酸エステルを利用する新製法を見いだした。主相がカルサイトであるがアモルファス相も多く見られ、リン酸液と反応させるには好適と思われた。また、Srを含有する炭酸カルシウムを合成するためにアラゴナイト相を活用して成功した。アラゴナイト相がSrを置換固溶することを確認した上で、これとリン酸液を反応させて水酸アパタイトに変化させることができた。ただし、アモルファス相は少なく、イオン溶出速度はかなり遅いことが懸念された。アパタイト化を遅らせる処理条件を検討する必要がある。これらが計画通りに進まない場合には、Ｂ,Srを導入したガラスを利用して目標達成に近づけることも継続して検討する。
②10ppm以上のホウ酸イオンに刺激されたマクロファージRAW264の免疫反応が、間葉系幹細胞KUSA-A1の細胞外マトリックス形成能を促進させることの再現性を確認した。Srイオン含有培地を用いてマクロファージとMSCを共培養したところ、高濃度（10～50ppm）のSr含有培地で石灰化の促進が観察された。
③無機粒子とポリ乳酸グルコール酸共重合体の複合化を試み、湿式紡糸法を用いて扁平状の繊維状に成形する方法について検討した。幅150μmで厚さ50～80μmの長い扁平繊維を得ることができた。ハンセン溶解度パラメータを参考に貧溶媒を選ぶと、100～200μL/min（従来の10倍以上）で紡糸できるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①Ｂを混在させた炭酸カルシウムをホウ酸エステルを用いて合成することに成功したので、多量のＢを導入できるようになった。これをリン酸水素ナトリウムに浸漬することでアパタイト化できることもわかってきた。さらに各元素の含有量の最適化を図っていく。また、Srについては、アラゴナイト決勝に注目してCa位置をSrで置換固溶させることに成功し（Ca, Sr）CO3化合物を得ることができた。リン酸液処理でアパタイトが生成することも確かめられたが、イオン徐放性を狙うためにはアモルファス相を残存させる必要があり、詳細な処理条件を検討する必要がある。したがって、①についてはおおむね順調に進展している、と判断した。
②得られた無機粒子を用いたＢ,Srイオンの免疫細胞への影響の調査については、両イオンについて興味深い結果が得られ、再現性も確かめられたため、2021年秋に学会発表した。また、Sr含有培地を用いたマクロファージとMSCの共培養にも取り組み、有用な結果も得られた。論文執筆にも取りかかる予定である。順調に進展していると判断した。動物実験の準備はプロトコルの作成に時間を要しており、機関での承認までに至っておらず、遅れている。
③無機粒子として、既存のβ型リン酸三カルシウム（TCP）粒子を用いて、D体を含むポリ乳酸グルコール酸共重合体（PDLLGA）の複合化を試みた。細胞の接着や増殖に有利な太い扁平状の繊維は、湿式紡糸法を用いて作製できた。とくに貧溶媒の選択は極めて重要なポイントであり、特許出願準備中である。順調に進展していると判断した。
以上の①②③を総合して、本研究は概ね順調に進展していると判断するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
1．Ｂ,Srイオンを混在させた炭酸-リン酸カルシウム複合無機粒子を用いたＢ,Srイオンの免疫細胞への影響の調査： 代表者の春日は、昨年度作製した、Ｂ,Srを導入した炭酸カルシウムをリン酸液で処理してリン酸カルシウム化させる条件を確定する。 また、イオン溶出挙動を把握する。昨年度検討したB2O3やSrOを含んだガラスからのイオン溶出特性も調べ、比較して合成粒子の有用性の意義を考察する。
２．無機粒子と生分解性ポリマーとの複合化： 無機粒子をポリ乳酸-グリコール酸共重合体に分散させた複合体をキャストフィルムや扁平繊維状に成形し、イオン溶出挙動を調査し、粒子のみからの溶出挙動と比較する。 分担者の小幡は、このフィルムを用いて細胞培養試験からみた生体親和性を評価する。 昨年度「湿式紡糸法」を用いて、上記の複合体を扁平形状ファイバーに成形することに成功したが、細胞培養試験によって実際に接着・増殖に有利であることを確認する。
３．骨形成性の評価： 分担者の平田は、得られたファイバーの生体親和性を評価するため、小動物を用いた実験を行う。昨年度はプロトコルの作成に時間を要したが、本年度は実際に埋め込むところまで進める予定である。
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